Kiến trúc linh động chiều dài khung truyền nhằm giảm năng lượng tiêu thụ trong mạng cảm biến không dây ứng dụng trong thiết bị giám sát nông nghiệp

Hệ thống này đề xuất giải pháp gởi khung truyền có kích thước linh động theo dữ liệu mạng cảm biến nhằm tiết kiệm lượng dữ liệu gởi đi từ nút cảm biến (sensor node). Giải pháp đề xuất giảm năng lượng tiêu thụ mà không làm suy giảm chất lượng thông tin gởi đi. Hệ thống thiết kế để đưa mạch vào hoạt động chế độ ngủ (sleeping mode) khi dữ liệu không cần gởi đi bởi cập nhật theo từng chu kỳ theo điều kiện hoạt động của môi trường.

40 Võ Minh Huân KIẾN TRÚC LINH ĐỘNG CHIỀU DÀI KHUNG TRUYỀN NHẰM GIẢM NĂNG LƯỢNG TIÊU THỤ TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ỨNG DỤNG TRONG THIẾT BỊ GIÁM SÁT NÔNG NGHIỆP FLEXIBLE FRAME STRUCTURE TO REDUCE ENERGY CONSUMPTION IN WIRELESS SENSOR NETWORK FOR MONITORING AGRICULTURE Võ Minh Huân Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh; huanvm@hcmute.edu.vn Tóm tắt - Hệ thống đề xuất giải pháp gởi khung truyền có kích thước linh động theo liệu mạng cảm biến nhằm tiết kiệm lượng liệu gởi từ nút cảm biến (sensor node) Giải pháp đề xuất giảm lượng tiêu thụ mà không làm suy giảm chất lượng thông tin gởi Hệ thống thiết kế để đưa mạch vào hoạt động chế độ ngủ (sleeping mode) liệu không cần gởi cập nhật theo chu kỳ theo điều kiện hoạt động mơi trường Mơ hình dùng nhằm bảo vệ nông sản lưu trữ nhà kho Những kết thực nghiệm điều kiện thực tế chứng minh hệ thống phát trùng có tỉ lệ thành cơng đến 90%, tiết kiệm lượng tiêu thụ khoảng 20% lượng điện tiêu thụ so với phương pháp thông thường không sử dụng phương pháp tiết kiệm điện gởi khung có chiều dài cố định Kết quả, thời gian sống hệ thống tăng từ 50 ngày lên tới 416 ngày sử dụng nguồn cung cấp dùng pin 9.000 mAh Abstract - This system proposes flexible frame structure for low power solution in wireless sensor network to save the amount of data sent from sensor nodes The proposed solution reduces energy consumption but does not degrade the quality of sent information The designed system is switched to sleep mode when no data is needed to send depending on environment operation status in every period This method is applied to protect the agricultural product storage systems Experimental results under real conditions demonstrate that the system can detect insects with the success ratio up to 90% and save energy dissipation to 20% compared to conventional fixed frame structure solution As a result, the system life time increases from 50 days to 416 days with the same battery supply of 9,000 mAh Từ khóa - IoT; ESP8266; sensor node; mạng cảm biến không dây; giải pháp công suất thấp Key words - IoT; ESP8266; sensor node; wireless sensor network; low power solution Giới thiệu Internet of Things (IoT) mạng lưới nhiều thiết bị giao tiếp với mà khơng có tham gia người Sự giao tiếp thiết bị với chủ yếu liên quan đến việc thu thập xử lý liệu để thiết bị tự đưa định hành động phù hợp Trong mạng IoT, vấn đề đáng quan tâm công suất tiêu thụ nút cảm biến (sensor node) Thông thường, sensor node hoạt động dựa nguồn pin cung cấp bị giới hạn dung lượng Việc lắp đặt thay nguồn pin gây gián đoạn hoạt động hệ thống dẫn đến chi phí cao hoạt động điều kiện môi trường khắc nghiệt [1] Hơn nữa, công nghệ phát triển pin tăng nhanh để đáp ứng nhu cầu ngày cao thiết bị việc tiêu thụ lượng Điều đòi hỏi sensor node mạng IoT phải có khả tự chủ lượng môi trường truyền dẫn liệu Gần 90% lượng tiêu thụ sensor node phụ thuộc vào lượng khối truyền dẫn không dây [1] Nguyên nhân sensor node tiêu hao phần lớn lượng thu phát sóng để truyền liệu lên xử lý trung tâm Vì vậy, để giảm lượng tiêu thụ sensor node, lượng liệu gởi lên xử lý trung tâm cần kiểm sốt nhỏ Thơng thường, để giảm lượng thông tin truyền đi, nhiều tác giả dùng lọc để lọc phần liệu trùng lập [2], dựa mức ngưỡng để định tới việc cho phép truyền liệu lên hay không [3-4], lấy liệu với chu kỳ lấy mẫu tăng lên để giảm lượng liệu truyền Tuy nhiên, phương pháp thường ảnh hưởng tới chất lượng thông tin truyền Lượng liệu giảm theo phương pháp làm giảm lượng tiêu thụ sensor node mặt khác ảnh hưởng tới chất lượng thông tin cần thu thập từ cảm biến Điều dẫn đến việc cần có thỏa hiệp chất lượng thông tin mong muốn lượng tiết kiệm cần đạt để từ có lựa chọn thiết kế phù hợp cho ứng dụng Trong báo này, tác giả trình bày phương pháp khác để giảm lượng liệu truyền nhờ phương pháp dùng cấu hình khung truyền linh động theo liệu cần truyền Một khung truyền bao gồm trường đóng gói, gọi khung (frame) Tuy nhiên, liệu trường lúc cần truyền Trong trường hợp, trường thông tin cảm biến trả giống với liệu trước lưu đệm, trường khơng nên đóng thành khung truyền truyền xử lý Bởi, trường hợp giữ nguyên cấu trúc khung liệu truyền cố định, lượng tiêu thụ phát sóng tốn lượng cố định, thông tin truyền lại dư thừa xử lý sau so sánh liệu lưu trữ liệu khung nhận giống Vì thơng tin bị xóa Bằng cách loại bỏ trường thông tin cảm biến trả giống với liệu trước đó, trường khơng có liệu trả về, khung truyền có chiều dài linh động theo liệu cảm biến thu thập Nông nghiệp thông minh lĩnh vực rộng lớn để áp dụng IoT với phân bố cảm biến để theo dõi điều kiện mơi trường phân tích liệu, truyền liệu đến cho người dùng từ xa Trong thời gian gần đây, việc áp dụng IoT vào sản xuất nông nghiệp thông minh định hướng thời đại tình hình kinh tế Việt Nam Việc áp dụng IoT vào sản xuất để tăng chất lượng nông sản vận chuyển nông sản phổ biến Tuy nhiên, áp dụng IoT vào việc theo dõi bảo vệ nông sản bảo quản ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(120).2017-Quyển nhà kho chưa có nhiều nghiên cứu cho vấn đề Vì vậy, báo tập trung nghiên cứu phương pháp để theo dõi từ xa tình trạng nơng sản bảo quản nhà kho, để kịp thời có biện pháp xử lý, đồng thời cung cấp giải pháp tiết kiệm lượng sử dụng Hệ thống phải đảm bảo mặt truyền nhận liệu thơng qua mạng, phân tích thơng tin cảnh báo đến người sử dụng thông tin môi trường xung quanh Bài báo tập trung nghiên cứu phương pháp để phịng tránh lồi gặm nhấm, trùng, nấm mốc xâm nhập vào nhà kho gây hại đến nông sản bảo quản Trong nghiên cứu này, tác giả phát triển hệ thống có khả cảnh báo người dùng thơng số môi trường bên nhà kho, điều khiển thiết bị từ xa, truyền nhận gói tin cách linh động tìm phương pháp tiết kiệm lượng cho nút cảm biến phương pháp linh động khung truyền dựa liệu cảm biến thu thập trả Bài báo sử dụng ngôn ngữ C để lập trình cho hệ thống ngơn ngữ PHP, HTML để lập trình cho website tương tác với người dùng, ngồi cịn sử dụng sở liệu MySQL để lưu liệu thu thập Thiết kế hệ thống Hệ thống gồm phần chính, phần thứ khối xử lý trung tâm (gọi server), phần thứ hai khối thu nhận thông tin cảm biến lấy từ môi trường (gọi client) bên nhà kho Hình Hình Mơ hình hệ thống Khối thu thập liệu mơi trường có chức thu nhận liệu từ môi trường bên nhà kho gửi khối xử lý trung tâm Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ nhận liệu gửi từ khối thu thập liệu môi trường để truyền lên sở liệu webserver hiển thị lên LCD người dùng theo dõi nhà kho Khối cịn có nút nhấn vật lý để bật tắt thiết bị, ngồi cịn có chức nhận liệu điều khiển từ website tương tác để thực công việc bật/tắt thiết bị 2.1 Giao thức truyền giữ liệu Dữ liệu Client thu thập gửi cho server theo chu kỳ định Chu kỳ truyền liệu 10 phút, có kiện bất thường có mưa hay phát trùng liệu từ client chuyển lên server, sau server gửi liệu lên webserver Các giao thức gửi liệu từ client lên server, từ server lên webserver ngược lại, giao thức MQTT theo mơ hình Telemetry MQTT (Message Queuing Telemetry 41 Transport) giao thức gởi dạng publish/subscribe sử dụng cho thiết bị Internet of Things với băng thơng thấp, độ tin cậy cao có khả sử dụng mạng lưới không ổn định Bài toán đặt hệ thống nguồn lượng nên sử dụng phương pháp MQTT thay cho HTTP, TCP, UDP định tốt độ dài khung truyền MQTT giảm thiểu đáng kể, từ giảm thiểu nhiều lượng trình truyền nhận so với HTTP 4,1% ngày sử dụng liên tục [5] Khối thu thập liệu gồm cảm biến DHT22 để thu thập thông tin nhiệt độ độ ẩm môi trường, PIR HC-SR04 để phát đo khoảng cách đến vật thể, Rain Sensor để phát có mưa Tất gửi khối xử lý thông tin cảm biến để xử lý Khối thu nhận thông tin cảm biến gồm NodeMCU để xử lý liệu thu nhận từ cảm biến, sau đóng gói thành khung truyền (frame) với độ dài linh động theo trường hợp truyền khối xử lý trung tâm để xử lý Khi có mưa cập nhật nhiệt độ độ ẩm thường xuyên hơn, để đảm bảo độ ẩm không vượt mức cho phép làm ảnh hưởng đến nơng sản lưu trữ Khi có phát động vật kho cập nhật trạng thái để nhanh chóng xua đuổi Khối xử lý trung tâm dùng kit KL46Z [7] mô-đun wifi ESP8266 [8] để xử lý liệu từ khối thu nhận thông tin cảm biến gửi gửi chúng lên website thông qua Internet, đồng thời nhận lệnh từ website điều khiển Ngoài ra, hệ thống sử dụng nút nhấn để khơng có điều kiện kết nối Internet điều khiển trực tiếp nút nhấn Khối hiển thị cảnh báo sử dụng text LCD20x4 để thay khơng có Internet, nhờ xem trạng thái để điều khiển trực tiếp, bật buzzer để cảnh báo xua đuổi động vật Website: Dữ liệu từ khối xử lý trung tâm gửi lên server thơng qua Internet, từ sử dụng máy tính hay thiết bị có khả truy cập vào mạng để truy cập vào server, liệu hiển thị Khối nguồn sử dụng nguồn pin dự phịng V, cổng output A 2,1 A để cấp cho khối thu nhận thông tin cảm biến khối xử lý trung tâm Ngồi ra, cịn có nguồn 12V/2A để cấp cho đèn quạt điều khiển từ khối trung tâm rơ-le 2.2 Khối thu thập liệu môi trường Khối thu thập liệu môi trường có nhiệm vụ thu thập liệu từ mơi trường bên nhà kho để gửi khối xử lý trung tâm Tất tiến trình vi điều khiển trung tâm kit NodeMCU thực Trên kit NodeMCU bao gồm mô-đun wifi ESP8266 Chân A0 NodeMCU nối vào chân AO (Analog Output) để lấy liệu dạng tương tự từ cảm biến mưa Chân D0 nối vào chân out PIR để lấy liệu cảnh báo chuyển động Chân D1 nối vào chân TRIG SRF 04 chân D2 nối vào ECHO SRF 04 để cảnh báo khoảng cách an tồn trùng xâm nhập Chân D3 nối vào chân liệu cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT22 Khi điều kiện mơi trường khơng thay đổi nhiều khối chuyển sang chế độ ngủ gọi sleep mode để tiết kiệm điện tiêu thụ Khi điều kiện môi trường thay đổi đột ngột có mưa hay phát trùng khối chuyển sang trạng thái hoạt động truyền liệu đến khối xử lý trung tâm để cảnh báo người dùng 42 Võ Minh Huân qua giao thức truyền MQTT, sử dụng rộng rãi tảng IoT [5] Ví dụ, nhiệt độ cảm biến 25°C gởi byte, gồm byte mã hóa cho số 2, byte mã hóa cho số Bằng cách làm này, liệu cảm biến đóng gói thành tin nhắn (message) để gởi đi, bao gồm chuỗi ký tự, lúc hệ thống xử lý liệu đơn giản nhanh Khi đó, liệu cảm biến đóng gói thành message gồm chuỗi ký tự, thay chuỗi gởi gồm bit nhị phân Kết bên thu cần tách lấy ký tự chuỗi gởi lên website để hiển thị lưu trữ qua cấu trúc chuỗi JSON [6], mà không cần phải chuyển đổi từ số nhị phân sang thập phân, định nghĩa lại thành ký tự truyền lên webserver Bình thường (định kỳ cập nhật) Nhiệt độ byte Hình Sơ đồ kết nối phần cứng khối thu thập liệu môi trường Độ ẩm byte Khi có mưa Bắt đầu Nhiệt độ Độ ẩm Mưa Khai báo, chạy chương trình cài đặt byte byte Khi phát vật chuyển động Đọc cảm biến DHT22 Đánh thức Đọc cảm biến mưa Gửi liệu qua KL46z PIR phát chuyển động? Đ Đọc cảm biến siêu âm S Vào chế độ ngủ Nhiệt độ byte Độ ẩm byte byte Khi phát vật chuyển động có mưa Nhiệt độ Độ ẩm Mưa byte byte byte Phát Khoảng cách byte byte Phát Khoảng cách Kết thúc byte byte Hình Lưu đồ chương trình khối thu thập liệu mơi trường Hình Tối ưu hóa liệu truyền theo liệu cảm biến trả Hình trình bày lưu đồ hoạt động sensor node Bắt đầu khởi tạo chân input, output, cài đặt ESP8266, cảm biến Trong vòng lặp, bắt đầu việc đọc giá trị cảm biến gán vào data, đọc cảm biến mưa, có mưa tiếp tục gán thêm liệu vào data; đọc cảm biến PIR phát chuyển động tiến hành đo khoảng cách nhờ cảm biến siêu âm liệu thu tiếp tục nối dài vào biến data Sau đọc hết tất cảm biến, lúc biến data sẵn sàng để truyền sang xử lý ESP8266 Bắt đầu kết nối wifi ESP8266 KL46z phát ra, kết nối đến server, gửi liệu, ngắt kết nối Trong báo này, tác giả tập trung vào việc tính tốn khả tiết kiệm lượng dựa vào khung truyền linh động Việc định gởi byte truyền trường nhằm mục đích liệu truyền định nghĩa ký tự, thay cho chuyển đổi sang giá trị nhị phân với việc truyền byte cho trường gộp trường lại với nhau, Thông thường, khung liệu truyền cập nhật tất trường cảm biến trả Tuy nhiên, việc gởi liệu khơng hiệu khơng phải tất liệu cần gởi lên server Ví dụ trường hợp cảm biến mưa, trời mưa, khung truyền cần tới trường mưa để xử lý liệu trả Hoặc với liệu khoảng cách, phát vật chuyển động cần trường để xử lý thu nhận liệu xử lý điều khiển thiết bị hoạt động phù hợp với điều kiện môi trường Trong điều kiện bình thường khơng có xảy (khơng mưa, khơng phát chuyển động) sau 10 phút liệu gửi lên lần cho xử lý Khi liệu truyền gồm hai trường nhiệt độ độ ẩm Hình 4, với trường dài byte Trong điều kiện mưa, liệu cập nhật trạng thái nhiệt độ, độ ẩm lập lức Khi phát chuyển động, cảm biến tiến hành đo khoảng cách gửi xử lý Hình Vì vậy, liệu truyền ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(120).2017-Quyển server có chiều dài thay đổi theo điều kiện môi trường Trong thời gian chờ đến lần gửi tiếp theo, NodeMCU vào chế độ sleep giúp tiết kiệm lượng 2.3 Khối xử lý trung tâm Dữ liệu thu thập từ khối thu thập liệu môi trường truyền cho khối xử lý trung tâm, sau cần phải đưa lên webserver để dễ dàng theo dõi quản lý Vi điều khiển trung tâm thực tác vụ gửi gói tin yêu cầu liệu nhận liệu gửi từ khối thu thập liệu môi trường thông qua mô-đun ESP8266 Kit xử lý trung tâm đượcsử dụng KL46Z (đã giới thiệu) Việc đưa liệu lên webserver với KL46Z làm được, cần phải có mơ-đun giao tiếp Internet, mô-đun sử dụng hệ thống ESP8266v1 43 như: nd, da, kc, r, dt để dễ dàng xử lý Bước gửi lên website để hiển thị Nếu phát vật thể nhận từ NodeMCU gửi qua, buzzer kêu để xua đuổi động vật, trùng, sau tự tắt khơng cịn phát Nếu khơng có kết nối khối thu thập liệu môi trường hệ thống giao tiếp liên tục với website để nhận liệu gửi xuống nút button website Tương tự liệu client truyền qua, liệu server truyền xuống cần lọc, tách chuỗi liệu để có liệu điều khiển Kết nghiên cứu 3.1 Sản phẩm thức tế giao diện phần mềm Giao diện website thiết kế theo xu hướng phẳng nên đơn giản bắt mắt, website bao gồm trang: Index, Trang chủ, Lịch sử, Đăng xuất, Liên hệ Index giao diện ban đầu người dùng truy cập vào website, hỏi thông tin tài khoản mật người dùng Hình Trang điều khiển hiển thị thông số Trang chủ: Ở trang thông số điều kiện môi trường bên nhà kho bảng điều khiển thiết bị đèn, quạt từ xa Hình Ngồi ra, cịn có bảng thông báo phát côn trùng cho người dùng biết ngày phát thấy Hình Sơ đồ kết nối phần cứng khối xử lý trung tâm Mô-đun ESP8266 giao tiếp với kit KL46Z thông qua chân PTA-1 (Rx) PTA-2(Tx) để điều khiển truyền nhận liệu với webserver với khối thu thập liệu môi trường Hoạt động với điện áp 3,3 V Mạch điều khiển tập lệnh AT Baudrate mặc định 9.600 sau nạp firmware Nhóm điều chỉnh lên 115.200 để tăng tốc độ truyền nhận: AT+CIOBAUD=115.200 ESP8266 điều chỉnh sang MODE 3: vừa Station Acces point để phục vụ việc truyền nhận \r\n+IDP,0,chiều dài liệu: Dữ liệu Hình Trang thơng tin đóng ngắt điện cho client \r\nOK\r\n Hình Cấu trúc khung liệu truyền Tiến hành kiểm tra có kết nối Client (NodeMCU) với xử lý trung tâm Nếu có có kết nối, chương trình tiến hành gọi biến data_recieve, lúc chứa liệu gửi qua có dạng \r\n+IPD,0,*độ dài chuỗi*:*dữ liệu*\r\nOK\r\n Tiến hành lọc, tách chuỗi liệu nhận để lấy liệu có nghĩa Lúc liệu sau lọc xong nằm biến d Tách liệu biến d gán thành nhiều biến liệu Hình Kết hiển thị thơng tin mơi trường Lịch sử: Trang hiển thị lịch sử lần gửi 44 Võ Minh Huân liệu tính tốn thêm thơng số để cung cấp thêm liệu cho người dùng Ngồi ra, cịn có nút để xóa bảng liệu lưu sở liệu Cơ sở liệu hiển thị giao diện Hình Hình giao diện phần cứng hiển thị thông tin điều kiện hoạt động môi trường xung quanh phịng chứa nơng sản 3.2 Hoạt động hệ thống Để kiểm tra tính hiệu hệ thống, tác giả thử nghiệm ngồi mơi trường với côn trùng thật điều kiện môi trường tự nhiên Kết đạt vào khoảng 90% việc phát côn trùng với 20 lần thử nghiệm Việc thu thập liệu điều kiện môi trường diễn hoàn hảo, hệ thống cập nhật liệu lên website tương tác, cảnh báo côn trùng, mưa cập nhật nhanh Các nút nhấn vật lý website người dùng để điều khiển thiết bị hoạt động tốt, cập nhật trạng thái thiết bị tốt Dữ liệu Bảng Bảng liệu đo thực nghiệm Để đo thực nghiệm dòng tiêu thụ qua node, ta kết nối nối tiếp điện trở shunt khoảng 10 Ω đến nguồn cung cấp board sử dụng thiết bị đo Ở đây, liệu thực nghiệm đo cách sử dụng thiết bị đo kiểm tra dung lượng sạc KCX-017 để đo dòng tiêu thụ từ nguồn pin cung cấp 9.000 mAh [9] Kết dễ dàng nhìn thấy hình dịng tiêu thụ chảy qua để cấp cho NodeMCU Màn hình hiển thị điện áp hoạt động, dịng hoạt động dịng tiêu tốn q trình xả điện tích, qua đây, ta xác định dịng tiêu thụ trung bình Dữ liệu Bảng thơng tin trích xuất thơng số dịng tiêu thụ điện áp hoạt động, công suất tiêu thụ trung bình thiết bị, lấy từ datasheet thiết bị [7], [8], [10] Bảng Sự ảnh hưởng chuỗi truyền đến dòng điện tiêu thụ Nội dung chuỗi Không phát hiện; Nhiệt Độ Không mưa Độ Ẩm Nhiệt Độ Độ Ẩm Phát hiện; Không mưa Phát Khoảng cách Nhiệt Độ Không phát Độ Ẩm hiện; có mưa Mưa Nhiệt Độ Độ Ẩm Phát Mưa có mưa Phát Khoảng cách Trạng thái Chiều dài chuỗi (Byte) Dịng trung bình (mA) 2+2=4 ~80 mA 4+1+2=7 ~90 mA 4+2=6 ~88 mA 4+2+1+2 =9 ~100 mA Bảng thể chiều dài chuỗi truyền mức tiêu thụ dịng điện thực tế trung bình toàn hệ thống chế độ gửi khác Cho thấy việc tối ưu chuỗi truyền cần thiết để giúp tiết kiệm lượng Tối ưu chuỗi truyền giúp hệ thống giảm ~20 mA cho dịng tiêu thụ trung bình hệ thống so với việc lúc truyền toàn chuỗi với khung truyền bao gồm tất trường liệu phương pháp thơng thường Ngồi việc giúp tiết kiệm điện tiêu thụ, tối ưu chuỗi liệu truyền lên sở liệu làm cho việc truyền nhận liệu thông qua mô-đun wifi ESP8266 diễn nhanh chóng dung lượng truyền thấp Vì vậy, thời gian truyền liệu giảm đáng kể Trong chế độ ngủ (sleep), vi điều khiển vào chế độ tiết kiệm lượng không sử dụng Ở tác giả dùng chế độ Light-sleep, nhằm tắt hoàn toàn kết nối wifi đưa CPU vào chế độ chờ kích Trong Bảng 2, chế độ sleep, dòng tiêu thụ xử lý NodeMCU 0,9 mA so với 80 mA chế độ hoạt động bình thường Bảng Cơng suất tiêu thụ mô-đun hệ thống Mô-đun NodeMCU NodeMCU (sleep mode) DHT22 PIR HC-SR04 Rain sensor KL46z256 LCD 20x4 Buzzer Relay kênh ESP8266 ESP8266 (Idle) Led Quạt Dịng điện Cơng suất Điện áp hoạt tiêu thụ trung tiêu thụ trung động (V) bình (mA) bình (W) 80 0,4 0,9 0,0045 1,5 50 50 100 120 20 10 95 12 145 90 3,3 5 5 5 3,3 3,3 12 12 0,005 0,25 0,25 0,5 0,65 0,025 0,1 0,025 0,165 0,0396 1,74 1,08 Để ước lượng thời gian sử dụng nguồn pin cung cấp ni sensor node, tác giả tính tốn giờ, NodeMCU với 12 lần cập nhật pin dự phịng tiêu hao mAh Ta có cơng thức: Dung lượng khả dụng (mAh) = [Dung lượng tổng (mAh) x 3,7 (V) x Hiệu suất chuyển đổi (%)] / V Ở đây, pin dự phòng sử dụng Xmobile với hiệu suất sạc 90%, dung lượng 9.000 mAh, cell pin 3,7 V, sạc đầy h Trong thời gian sạc sử dụng bình thường Vì vậy, dung lượng khả dụng = (9.000 x 3,7 x 90%)/5 = 5.994 mAh Như vậy, với pin dự phịng trì NodeMCU trong: Số = 5.994/5 (mAh) = 1.199 ~ 50 ngày sử dụng Bảng thể điện tiêu thụ khối thu thập thông tin cảm biến NodeMC Thử nghiệm qua trường hợp NodeMCU định kì 10 phút kiểm tra cảm biến nhiệt độ, độ ẩm lần, có thay đổi liệu tiến hành cập nhật Trong điều kiện tốt giờ, với nhiệt độ độ ẩm không thay đổi nguồn pin sử dụng 416 ngày Trạng thái bình thường số lần cập nhật khoảng lần, pin cấp 250 ngày Việc phân tích trường hợp tốt hệ thống trường hợp không gởi liệu nhằm mục đích xem xét chi tiết việc hệ thống hoạt động tối đa với quỹ lượng cho trước Từ đó, giả sử hệ thống thời gian khơng gởi liệu, thời gian khác gởi liệu ta tính thời gian sống pin cung cấp cho hệ thống Ví dụ, hệ thống liên tiếp hai không thu thập liệu cách thiết lập chu kỳ cập nhật liệu, thời gian hai liệu không thay đổi điều kiện môi trường khơng biến động ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(120).2017-Quyển Trong trường hợp liệu không thay đổi vậy, ta khơng cần cập nhật lên xử lý trung tâm Khi thời gian sống pin lớn 250 ngày (với lần cập nhật/1h) nhỏ 416 ngày Từ đó, ta ước lượng thời gian sống pin khoảng 320 ngày Bảng Các trường hợp tiêu thụ dòng điện khối thu thập liệu cảm biến Số lần Chiều Dòng Thời gian cập Chuỗi truyền dài chuỗi tiêu thụ sử dụng nhật (byte) (mAh) (ngày) Nhiệt độ, độ ẩm, Xấu 12 mưa, phát hiện, 50 khoảng cách Nhiệt độ, độ ẩm, phát hiện, 1,2 208 Bình khoảng cách thường Nhiệt độ, độ 250 ẩm Tốt 0 0,6 416 cấu trúc nhỏ cấu trúc khung truyền bình thường, giúp tiết kiệm lượng sensor node tới 20% giảm thời gian truyền liệu, ứng dụng nhiều lĩnh vực nhằm thu thập liệu Kết tính toán thực nghiệm cho thấy, nguồn pin sử dụng, điều kiện tốt nhất, hệ thống tăng thời gian sống pin từ 50 ngày lên tới 416 ngày Trường hợp Trường hợp xấu có mưa phát động vật kho số lần cập nhật lên đến 12 lần với khung truyền có số byte liệu truyền tối đa, ảnh hưởng lớn đến dịng điện tiêu thụ Trong trường hợp thời gian sử dụng tối đa 50 ngày Kết luận Ưu điểm hệ thống chi phí vận hành rẻ, tiêu thụ lượng thấp, đáp ứng đầy đủ tính bản, dễ dàng nâng cấp phát triển Website thiết kế đơn giản, giao diện dễ quan sát Việc tạo khung truyền linh động theo môi trường cảm biến cho phép gói tin truyền có 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] Huang-Chen Lee, Amit Banerjee, Yao-Min Fang, Bing-Jean Lee, and Chung-Ta King, “Design of a Multifunctional Wireless Sensor for In-Situ Monitoring of Debris Flows”, IEEE Transactions On Instrumentation And Measurement, Vol 59, No 11, November 2010, pp 2958-2968 Navroop Kaur and Sandeep K Sood, “An Energy-Efficient Architecture for the Internet of Things (IoT)”, IEEE Systems Journal, 2017, Vol 11, pp 796 – 805 Yen Kheng Tan, Truc Phuong Huynh, and Zizhen Wang, “Smart Personal Sensor Network Control for Energy Saving in DC Grid Powered LED Lighting System”, IEEE Transactions On Smart Grid, Vol 4, 2013 pp 669 – 676 Vo Minh Huan, Online Working Condition Monitoring Systtem Integrated Power Saving And Security Using Zigbee Wireless Sensor Network, IEEE ATC Conference, October 2017 Datasheet, Available at https://www.ibm.com/developerworks/community/blogs/sowhatfor devs/entry/using_mqtt_protocol_advantages_over_http_in_mobile_ application_development5?lang=en Information at http://www.json.org/ Datasheet, Available at: http://www.espessif.com Datasheet, Available at http://www.nxp.com Datasheet, Available at https://cdn.solarbotics.com/products/datasheets/kcx017%20power%20bank%20testing.pdf Datasheet, Available at www.arduino.vn (BBT nhận bài: 15/09/2017, hoàn tất thủ tục phản biện: 13/11/2017) ... số dịng tiêu thụ điện áp hoạt động, công suất tiêu thụ trung bình thiết bị, lấy từ datasheet thiết bị [7], [8], [10] Bảng Sự ảnh hưởng chuỗi truyền đến dòng điện tiêu thụ Nội dung chuỗi Không phát... thông tin cảm biến để xử lý Khối thu nhận thông tin cảm biến gồm NodeMCU để xử lý liệu thu nhận từ cảm biến, sau đóng gói thành khung truyền (frame) với độ dài linh động theo trường hợp truyền khối... tin cách linh động tìm phương pháp tiết kiệm lượng cho nút cảm biến phương pháp linh động khung truyền dựa liệu cảm biến thu thập trả Bài báo sử dụng ngôn ngữ C để lập trình cho hệ thống ngơn